工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

工业厂房结构设计中钢结构设计的应用研究

刘喜原

深圳洪涛集团股份有限公司

摘要：现代社会经济的不断发展对我国工业建设提出了更高的要求，在进行厂房结构设计时，科学应用钢结构设计能够有效推进现代工业建设发展，相关工作人员必须对其加强重视，本文首先分析钢结构工业厂房的设计特点和应用价值，然后综合分析钢结构设计优劣势，随后进一步研究具体设计内容，具体包括图纸设计、抗震设计、防腐设计、结构设计，最后综合探究钢结构设计强化策略，分别从施工方案、结构计算、整体布局、电梯间设计四个方面展开具体论述。

希望能够为其相关人员具体工作提供更为丰富的理论依据。

关键词：工业厂房；结构设计；钢结构设计；应用研究

引言

在工业厂房进行结构设计过程中，钢结构设计是其极其重要的一项内容，具有不可或缺的重要价值，相关工作人员必须对其加强重视，合理优化钢结构设计，使其更高程度的满足现代工业建设对结构设计提出的最新要求，为了进一步明确如何更为科学的应用钢结构设计，特此展开本次研究，希望能够有效推进我国现代工业建设发展，使其更高程度的满足现代经济建设需求。

一、钢结构工业厂房

（一）设计特点

对于工业厂房结构而言，在具体进行钢结构设计时，需要合理设计不同施工连接位置，使其具有更高的质量效益和经济效益。相对于混凝土结构而言，钢结构厂房的合理应用能够使其设计难度大大降低，从而实现厂房施工效率的有效提升。在具体应用钢结构设计时，具有较为突出的经济性，在具体实现结构拼装时，能够使其施工原材料得到有效控制，具有较高的经济性。在工业厂房建设过程中，钢结构的合理应用能够确保在结构内设置更大空间，使其不同工艺要求得到更高程度的满足，进而保证合理利用上部空间，有效控制工艺设备，实行项目建设成本得到进一步降低。钢结构具有相对较高的利用率，可以多次使用。在具体操作过程中，对于物力和人力的成本要求相对较少，在将钢构件拆除之后，可以直接回收利用，具有较高的循环价值和环保性能。在具体设计工业厂房结构是，钢结构空间具有相对较大的利用效率，在搭接过程中占据空间的比例相对较低。在具体进行设计时，具有较强的可变性，同时其空间结构也具有一定程度的多样化，确保在厂房后期建设过程中，能够有效提升空间利用率。

（二）应用价值

相对于其他建筑材料而言，钢结构自重相对较轻，在吊装和运输方面具有较高的便利性。在具体应用钢结构时，最大可以实现48米左右的跨度。当现场梁高相同时，钢结构开间远远大于混凝土开间，在布置钢结构时，具有更高的灵活性，能够使厂房建筑跨度要求得到更高程度的满足。与此同时，钢结构具有相对较高的机械化，在具体应用钢结构时，生产梁、柱以及屋架时，都必须确保金属构件厂的专业化，以此为基础，能够确保各部件具有更高的可靠性。在具体进行现场施工作业时，不需要投入大量物力成本和人力成本，相关工作人员只需要基于具体设计要求安装相关紧固件和螺栓，能够使其施工周期大大缩短。

二、钢结构设计的优劣势

（一）优势

在我国现阶段工业厂房设计过程中，工业厂房大多具有较大的规模，在此过程中，钢结构由于能够满足大跨度要求，因此得到了广泛的应用，在具体应用钢结构时，最大跨度能够达到48米，相对于传统混凝土结构而言，钢结构开间比其高出50%以上，确保相关部门在布设柱网时，具有更高的灵活性。与此同时，钢结构重量相对较轻，能够使其地基承载压力得到有效缓解。最后在进行厂房建设过程中，钢结构部件大多是通过机械化生产制作形成，能够对其工程质量和精确度进行更高程度的保障。在完成钢结构部件生产之后，需要从生产激励向施工现场运输，在具体进行组装工作时，相关人员只需要对相关部件简单进行加固操作或螺栓固定，该种施工方式能够使其施工周期大大降低，同时对其施工程序进行合理演化，保障建筑质量，使其工程建设具有更高的经济效益。

（二）局限性

在我国现阶段钢结构建设过程中，防火性能普遍较低，虽然在我国，目前钢结构的优良性能已经在建筑行业得到普遍认可，但是相关人员还需要充分重视钢结构的局限性。一般情况下，对于钢结构厂房而言，主体结构钢筋混凝土和混凝土缺乏必要的隔绝性能，建筑在出现火灾状况时，无法实现安全保障，导致相关人员生命安全面临极大的危险。与此同时，钢结构的抗腐蚀性能也普遍较差，在长时间应用过程中，会出现一定程度的氧化状况，如果没有对其进行及时有效的防护，则会导致出现大面积腐蚀，进而使钢结构整体强度大大降低。

三、钢结构设计内容

（一）厂房图纸设计

在工业厂房具体进行结构设计工作时，相关人员需要基于具体情况进行图纸设计，然后基于设计图纸开展具体施工，在具体建设钢结构工程时，相关人员需要在图纸上明确体现不同阶段的施工技术，工程质量，和建设效果。对于整体施工而言，图纸具有不可或缺的重要价值，是其各项工作开展的重要依据。在工程设计过程中具体应用材料时，还需要确保其准确性，对钢筋品种规格进行合理控制，在此过程中，如何选择使用两种规格尺寸相近的更新材料时，可以选择使用统一规格。

（二）厂房抗震设计

在工业厂房进行钢结构设计过程中，抗震设计是其极其重要的关键环节，在此过程中，相关单位需要实现其抗震能力的有效提升，确保工业厂房能够抵抗地震影响。尤其是在我国地震高发区域，尤其需要重视抗战设计，以此为基础才能确保工业厂房具有更高的安全性。在工业厂房结构那具体布置钢结构，必须确保其对称性和均匀性，明确结构传力。同时还需要保障结构连接方式的科学性与合理性，为了有效避免破坏节点，在连接柱子和屋架，屋面板和屋架时，还需要确保其可靠性，以此为基础，能够使其振动得到有效控制，进而避免破坏工业厂房，再次过种中，如果想要确保工业厂房具有更高的抗震性能，还需要强化墙柱拉结，适当调整宽高比，科学选择减震方式。以此为基础，能够确保在发生地震时，地震力作用下，厂房支撑系统作用能够得到更为充分的发挥，进而确保整体结构具有更高的稳定，避免破坏房屋结构。下图为钢梁与楼板连接示意图。

图1 钢梁与楼板连接示意图

（三）厂房防腐设计

通常情况下，钢结构需要长期暴露于大气环境内，受到钢结构特征的影响，容易在大气环境内出现氧化反应，进而受到腐蚀。在此过程中，潮湿环境会在很大程度内家具氧化作用，使其受到更为严重的腐蚀。如果刚结构受到腐蚀，则会在很大程度内缩小构件截面，钢结构表面出现局部锈坑，同时，受力部分也会出现应力过于集中的状况，对钢结构应用周期造成很大程度的不利影响。基于此，在具体进行钢结构设计时，现场设计人员需要有效结合工业厂房具体环境进行防腐设计方案的合理制定，确保钢结构具有更高的防腐蚀性。在我国现阶段具体建设钢结构厂房时，相关人员通常会将防腐剂涂抹在钢结构材料外表面，使其形成防腐层，该类防腐从具有较高的疏水性，致密性，附着力，同时，电阻相对较大，能够将空气中氯离子和水离子有效隔离，进而对钢结构进行科学保护。在具体进行防腐材料涂刷，相关人员需要基于不同部位具体要求确定涂料厚度。

（四）围护结构设计

对于轻型钢结构房屋而言，在设置侧墙墙梁时，相关人员必须考虑挑檐遮雨棚，门窗等构件以及围护材料要求。在此过程中，如果选择使用压型金属板作为侧墙围护面时，需要在钢架柱外侧合理布置墙梁，基于具体规格和版型确定间距，在此过程中，还需要注意不能超出标准值。通常选择使用卷边Z型和C型墙梁形式，或者选择使用轻型薄壁H型钢，热浸镀锌。在具体设计墙梁时，可以将其设置为连续构件或简支构件，如果墙量需要同时承担自重和墙板重时，可以在一定程度内选择双向弯曲，如果墙梁跨度在六米以内，需要在墙梁跨度中间合理设置拉条，如果墙梁跨度超过六米，则需要在三分点处进行撑杆或拉条的合理设置。

四、钢结构设计强化策略

（一）确定施工方案

受到流程配置要求和施工工艺的影响，选择使用钢柱结构作为主厂房，顶部选择使用正方四角锥进行网架焊接，选择使用H型钢结构作为中柱截面，使用钢板进行焊接。与此同时，还需要在厂房周围合理设置抗风柱，将其控制在六米左右，椎体的主要作用在于垂直支撑，同时还需要在设备管道外部进行合理布置，使用高强度螺栓衔接不同钢结构，在此过程中，能够确保整体抗结构抗侧弯具有更高的稳定性和强度

（二）优化结构计算

在我国现阶段进行工业厂房设计时，通常选择使用计算机软件进行相关计算，对比分析不同软件计算获得的结果，不仅能够确保结果具有更高的准确性，同时还可以进一步提升工作效率，确保最终选择的截面能够有效节省工程成本。例如在进行荷载取值时，如果施工现场降雪量较大，则其相关人员需要基于当地降雪情况，合理增加钢结构荷载，对荷载最大值进行科学检验，确保能够承受当地最大降雪量。与此同时，设计人员还需要对其概念，设计和结构设计优化，加强重视，合理优化具体结构设计。但是就目前具体状况而言，应用计算机开展结构设计时，为了确保设计具有公告的合理性，避免出现错误，相关人员还需要负荷计算结果，以此为基础，能够使其结构设计内存在的安全隐患得到有效避免，确保建筑结构具有更高的安全性。在具体进行连接设计师，相关人员还需要基于施工条件科学选择连接方式，如果选择使用承压型连接，则需要对其剪切力和承压力两方面要求进行综合考虑，不能在剪切面上安装螺栓，此时必须确保连接位置的合理性，同时还需要进一步保障施工方便性。

（三）协调整体布局

在企业生产过程中，钢结构厂房是其不可或缺的重要区域，在此过程中，如果钢结构厂房与其整体生产模式应用的工艺设计出现不协调现象，则会对其正常生产作业造成很大程度的不利影响。通常情况下，如果钢支架分布的合理性不足，厂房墙体高度和厚度无法满足工艺设计标准，则使其结构厂房和现场施工工艺出现一定程度的不协调。通常情况下，钢支架具体包括框架，索膜，塔桅，空间桁架，平行桁架，网架等多种分布形式。相关工作人员在具体进行项目设计之前，需要充分了解工业厂房生产需求，确保结构布置和生产工艺可以为对方提供一定的便利条件。在具体设计工业厂房结构时，二者沟通问题是出现不协调现象的主要原因，进而使其相关人员在应用工业厂房过程中会产生一定的矛盾，基于此，在具体进行工艺设计，相关人员需要充分了解厂房结构设计，全面掌握设备布设位置以及承受荷载等多个方面。在具体生产过程中，如果想要确保生产工艺能够发挥最大能力，相关人员需要合理优化工业厂房设计，确保工业厂房用途能够有效结合生产工艺。但是由于部分设计人员对其具体生产工艺缺乏正确的认识，因此，在具体开展结构设计工作时，没有对其工艺要求进行综合考虑，导致工艺设计和生产工艺的协调性不足，在此过程中，相关人员需要严格基于功荷载设备布置进行结构设计。在设计工艺布置图之前，建设方必须提供工艺图，确保设计师能够充分理解工艺布置和柱间支撑位置的关系，与此同时，还需要确保工业厂房结构能够最大程度满足泄爆需求，进而保障整体结构具有更高的合理性和安全性。除此之外，在具体设计过程中，还需要对钢材结构性加强重视，在选择应用钢材时，相关人员必须对其整体工业设计方案全面掌握，基于具体要求进行钢材采购，保障厂房整体性能。

（四）合理布置电梯间

通常情况下，如果选择多层建筑作为工业厂房，则需要合理设置电梯，用于运输重物，基于此，在具体进行多层房屋建设时，需要科学设置电梯间，不仅需要确保能够更为方便的运输重物，同时还需要确保在进行重物运输时，电梯承重均匀。基于此，在进行电梯间位置选择，需要尽量避免偏离建筑重心，即端部和角部。

五、结束语

总而言之，在设计工业厂房结构时，厂房图纸设计，厂房抗震设计，厂房防震设计，围护结构设计是其钢结构设计的主要内容，相关工作人员需要对其进行深入分析，与此同时，通过科学确定施工方案，合理优化结构设计，协调整体布局，合理布置电梯间能够确保合理优化钢结构设计，有效提升设计效果，使其进一步满足我国现代工业厂房建设需求，为现代工业建设发展创造良好的条件，使其更高程度的满足现代社会发展对工业建设提出的最新要求，推进国家经济水平的有效提升，使其在未来国际竞争中占据更高优势。

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